复合材料层板冰雹高速冲击损伤预测及失效分析

作     者：张超 方鑫 刘建春 ZHANG Chao;FANG Xin;LIU Jianchun

作者机构：江苏大学机械工程学院镇江212013 

出 版 物：《北京航空航天大学学报》 (Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics)

年 卷 期：2022年第48卷第4期

页      面：698-707页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：江苏省普通高校研究生科研创新计划(KYCX20-3076) 江苏省自然科学基金(BK20180855) 机械结构力学及控制国家重点实验室开放课题(MCMS-E-0219Y01)。 

主　　题：碳纤维复合材料 冰雹冲击 高速冲击 损伤 数值模拟 

摘      要：针对冰雹冲击对复合材料结构安全造成的潜在风险,提出了一种基于连续介质损伤力学的非线性有限元模型,研究了碳纤维复合材料层板冰雹高速冲击力学行为。综合采用拉格朗日法和光滑粒子流体动力学(SPH)法对冰雹进行建模,引入水的状态方程描述冰雹破碎后的流动特性;考虑应变率的单向复合材料本构模型,根据三维Hashin失效准则及材料刚度折减方案,进行复合材料层内损伤预测;引入界面单元结合双线性内聚力模型模拟层间分层现象;编写用户材料VUMAT子程序,实现基于ABAQUS/Explicit显式模块的数值求解。模拟了冰雹高速冲击复合材料层板的瞬态过程,分析了材料的损伤特性和失效机理。探讨了冰雹冲击速度、冲击角度对层板冲击损伤性能的影响,为复合材料结构冰雹冲击问题数值分析提供参考。